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油封座熔模 铸造 设计 11 CAD

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摘 要I油封座熔模铸造压型的设计油封座熔模铸造压型的设计摘摘 要要压型设计是熔模铸造最重要的工作，其设计水平直接决定铸件的质量。为此，需要综合考虑各方面的因素，设计出合理的抽芯机构、压紧机构，还要保证定位准确。型腔形状、尺寸除了要满足图纸之外，还要考虑制造的可行性、起模的方便性，同时，注蜡口的开设位置也要选择合理。内浇口的大小、形状直接影响金属液的充填性能，也影响铸件补缩能力，因此，需要在计算的基础上做出合理的设计。关键词关键词：熔模铸造，压型设计，芯棒，模具锁紧 AbstractIIA AbstractbstractMolding design is the most important work in the investment casting manufacturing processes, because the design level directly determines the quality of castings. For this, we need to consider various factors, to design reasonable core-pulling mechanism, the compaction mechanism and to ensure accurate positioning. Cavity shape and size must meet the drawings and the feasibility of manufacturing, draw convenience. At the same time, injection wax opening must also choose reasonable position. The gate size and shape direct influence on the performance of the liquid metal filling, also affect the feeding capacity, therefore, to make reasonable design should be on the basis of the calculation.Keywords: investment casting; mould design; core; mould locking目 录III目目 录录摘摘 要要.IABSTRACT.II绪论绪论.1第一章第一章 熔模的制造熔模的制造.21.1 模料的性能.21.2 模料的种类、组成.21.3 制模工艺.31.3.1 制模时模料状态.31.3.2 蜡膏制作.31.3.3 制模工艺参数.41.4 模块的制造.61.4.1 浇口棒制作.61.4.2 压蜡设备.61.4.3 模块的组装.61.4.4 模块的清洗.7第二章第二章 型壳的制造型壳的制造.92.1 型壳概述.92.2 制壳用耐火材料.92.3 水玻璃制壳工艺.122.3.1 水玻璃.122.3.2 水玻璃涂料.132.4 水玻璃制壳工艺.142.5 脱蜡与焙烧.16第三章第三章 压型设计与制造压型设计与制造.183.1 压型分类及组成.183.1.1 对压型的要求.183.1.2 压型组成.183.1.3 压型结构.193.2 型体设计.203.2.1 型体外形及壁厚.203.2.2 型体定位.203.3.3 型体锁紧.213.3.4 型体其它结构.233.3 型芯设计.233.4 压型腔工作图.263.4.1 型腔工作尺寸的计算.263.4.2 压型的尺寸精度和表面粗糙度.283.4.3 组合件的配合.283.4.4 技术要求.29目 录IV3.5 毕业设计压型装配图和零件图.30第四章第四章 总结与展望总结与展望.31致致 谢谢.32参考文献参考文献.33附件附件.34绪论1绪论绪论熔摸铸造的实质就是在蜡模表面涂覆多层耐火材料，待硬化干燥后，加热将蜡模熔去，而获得具有与蜡模形状相应空腔的型壳，再经培烧之后进行浇注而获得铸件的一种方法故又称为失蜡铸造。随着生产技术水准不断提高。新的蜡模工艺不断出观，以及可供制模材料的品种日益增多，现在去模的方法已不再限干熔化，而模也不限于蜡模，也可用塑料模，但因习惯的原因，仍沿用原来名称。由于用这种方法获得的铸件具有较高的尺寸精度和表面光洁程度，故又有熔模精密铸造之称。熔模铸造的基本特点是制壳时采用可熔化的一次模，因无需起模，故型壳为整体而无分型面，而且，型壳是由高温性能优良的耐火村料制成，因此用熔模铸造生产的铸件，其尺寸精度高，表面粗糙度低，可减少或无需机械加工。用熔模铸造可生产形状复杂的铸件，最小壁厚可以达到 0.3mm，铸出孔最小直径可以达到 0.5mm。生产中有时可将一些由几个零件组合而成的部件，通过改变结构成为整体，直接用熔模铸造而成。这样可节省加工工时和金属材科消耗并使零件结构更加合理。用熔模铸造生产铸件的重量一股由几十克至几千克，太重的铸件因受到制摸材料性能的限制和制壳时存在一定的因难而不宜采用这种方法。据资科介绍，目前可生产重量达 80 公斤的熔模铸件。用熔模铸造生产的铸件，不受合金种类的限制，尤其是对于难以切屑加工或锻压加工的合金，更能显示出它的优越性，但是，熔摸铸造生产也存在一些缺点，主要是工序繁多，生产周期长，工艺过程复杂，影响铸件质量的因素多，必须严格控制才能稳定生产。现代的熔模铸造工艺是在本世纪 40 年代初期形成的，当时由于机械制造及军事工业生产需要精密铸钢件，尤其是制造飞机发动机的叫片、叶轮及喷嘴等形状复杂、尺寸精度及表面光洁度要求很高的耐热钢铸件，以及由于新型粘结剂硅酸乙脂水解液和优质耐火材料的出现，从此，熔模铸造才开始在工业生产中得到实际应用。熔模铸造由于有着一系列的优点，因而其发展速度很快。多层型的广泛采用及生产过程的机械化、自动比，使生产周期缩短，材料消耗减少，生产成本降低，劳动条件改善；陶瓷型芯及可溶型芯的采用，使铸件形状更不受限制，新的模料及制壳原材料的研究与开发，真空熔铸，表面孕育细化晶粒，定向凝固技术等新工艺、新技术的应用，进一步提高和保证了熔模铸件质量，使其应用范围得到进一步的扩大。淮安信息职业技术学院毕业设计论文2第一章第一章 熔模的制造熔模的制造与其它铸造方法比较，熔模铸造的显著特点是采用可熔模来制造型壳。每制造一个型壳就需要消耗一个熔模，获得高尺寸精度和表面光洁度的优质铸件的必要前提是要有尺寸精度高、表面光洁程度高的熔模。因此，制模材料(简称模抖)的性能、压型(压制熔模用的模具)的质量将直接影响熔模铸件的质量。1.1 模料的性能为了保证获得优质的熔模及有关工艺过程能够正常进行，模料应具有与模料配制、制模、制壳、脱模及型壳焙烧等各个工序所要求相适应的性能。(1)熔点 熔点应适中，一般在 60l00范周内，以便于配制模料，制模和脱模。(2)流动性 模料应具有良好的流动性以利于充满型腔，获得形状准确和表面光洁的熔模。此外，在脱蜡时模料也应易于自型完内流出。(3)软化点 模料开始发生软化变形的温度称力软化点通常以标准试样加热时，其变形量(挠度值)为 2mm 时的温度作为标量。为了避免熔模发生变形，软化点一船不低于 3540。(4)收缩率 为保证熔模达到应有的尺寸精度收缩率小(一股小于 1)而稳定。(5)强度和表面硬度 为了避免在制模、制壳、运输和贮存时熔模发生破损、断裂或表面划痕等现象，要求模料在固态下具有足够的强度和表面硬度。通常对用于小型铸件，其抗拉强度应大于 1.4MPa，用于大铸件应不低于 2.5MPa。(6)可焊性 模料应具有良好的焊接性能和焊接强度，以便于将熔模块合成模块，并使模块在运输和制壳时焊接处不易发生断裂。涂挂性 模料应能很好地为耐火涂料所润湿，并形成均匀的覆盖层，以利于获得轮廓清晰及表面光洁的型壳内腔。灰分 模料灼烧后的残留物称为灰分。型壳焙烧后，残留在型腔中模料的灰分要尽可能少，以免彰响铸件的质量。此外，还要求模料的密度小，回收方便，无害及来源丰富，价格低廉等。1.2 模料的种类、组成由于对制模材料有综合性能的要求，单一的材料不能满足模料上述所提到的多种性能指针，所以模料由两种以上材料配制而成，实际生产中所使用的模料种类很多，其组成也不一样。模料的分类方法主要有两种，一种是按熔点高低进行分类，另一种是按主要组成物进行分类。按熔点高低分为低温模料、中温模料、高温模料，低温模料的熔点低于60，普遍适用于手工制模。按主要组成物分为蜡基模料、松香基模料以及其它模料，蜡基模料由于价格低廉，来源广泛而被普遍采用。经对比分析，选用石蜡硬脂酸模料，它是国类广泛使用的一种模料。该模料强度高、韧性好，压制的熔模表面光洁，旧模料回收方便，复用性好。第一章 熔模的制造3石蜡是石油加工产品的副产品，外观为白色或淡黄色的结晶体，可分精制(白)石蜡、白石蜡和黄石蜡三种。石蜡中主要为矿物油，它会降低蜡的熔点和使用性能，三种石蜡中精制石蜡的含油量最低，约在质量分数 0.5以下，故熔模铸造使用精制石蜡或含油量小于 1.5%的半精制石蜡，本设计采用价格相对低廉的半精制石蜡。石蜡作为模料的基本材料，它具有一定的强度和良好的塑性、不易开裂，但软化点低、收缩性较大。硬脂酸是以动、植物油脂为原材料，经过加压蒸馏和水解后制得，外观为白色片状结晶体，根据蒸馏时压力的大小，分为一压、二压和三压三种。硬脂酸中主要杂质是油酸，它会降低硬脂酸的熔点、软化点和硬度。一级三压硬脂酸含有油酸量最低，是熔模铸造最常用的材料。由于硬脂酸比碳原子数相同的石蜡熔点高，故其热稳定性好、收缩性较小。但由于晶体呈粗大片状，力学性能中的强度低。此外，硬脂酸是极性分子，有利于改善模料的涂挂性。生产中常用石蜡、硬脂酸质量分数各为 50%的模料。其滴点在 5054、热稳定性 3035、线收缩率 0.81.0%、抗拉强度 2.53.5Mpa，可以用高熔点石蜡来提高以上性能。由于石蜡和硬脂酸可以互相溶解，而且熔点低，容易配制，制模和脱模方便，故应用广泛。1.3 制模工艺1.3.11.3.1 制模时模料状态制模时模料状态工业制品的模型(蜡模)普遍采用压力下压制模型，艺术品的蜡模则采用液体灌蜡、刷蜡或压制等方法制造。本设计采用压力制模工艺，此时，模料有三种状态：液态、糊状、膏状，前者称液态压注，后两者称为膏态压注。两类压注方法各有其优缺点，液态压注可将熔化的模料装入压注缸中使用，无须制备蜡膏，但制模周期长，模料凝固过程收缩较大，多用于制造大型薄壁复杂蜡模。膏状压注则蜡模生产效率高，制模周期比液态压注时可缩短 30-45，蜡模收缩也明显减小，如表 1-1 所示，该法应用较广，国内石蜡硬脂酸等蜡基模料制模均采用糊状压注，而树脂基模料则多采用膏状压注。表 1-1 不同状态压注时模料线收缩率的比较（%）状态模料种类液态蜡液态蜡（压注温度66.568）糊状蜡糊状蜡（压注温度（压注温度6063）膏状蜡膏状蜡（压注温度4952）填料模料0.70.90.550.750.350.45非填料模料1.21.31.01.10.80.9 1.3.21.3.2 蜡膏制作蜡膏制作 以石蜡硬脂酸为代表的蜡基模料蜡膏制备方法见表 1-2，它是在蜡液中加人固体蜡片搅拌来快速制备蜡膏的，制备工序为化蜡、刨蜡片、搅蜡膏、回性四步得到糊状的蜡膏。具体制备有两种方案：使用双工位液压压蜡机时，制蜡膏使用保温箱和小蜡缸，它是采用长时间(24h 以上)保温得到糊状蜡膏；另一种是使用供蜡机的蜡捅或射蜡输送设备制备蜡膏。本设计采用前一方案。淮安信息职业技术学院毕业设计论文4表 1-2 蜡膏制备方法模料种类工序名称设备操作要求化蜡水浴化蜡缸化蜡温度 90刨蜡片卧式蜡片机蜡锭截面尺寸 135135搅蜡膏搅蜡机蜡液温度 6580，保温缸水温4852，蜡液重/蜡片重=1/（1-2）蜡蜡基基模模料料回性恒温箱温度 4852，保温 0.5 小时以上1.3.31.3.3 制模工艺参数制模工艺参数将己配制好的蜡膏，在压力下注入压型，冷凝后从压型中取出熔模，该制模过程中，很多制模工艺参数直接影响着蜡模质量，特别是尺寸，应加以控制。主要的制模工艺参数有压射蜡温、压型温度、压射压力、保压时间和起模时间。 (1)压射始温和压型温度压射蜡模时模料的温度即压射蜡温，它对熔模的尺小具有明显的影响，见图 1-1。随着压射蜡温的升高，熔模的线收缩率增加，蜡基模料和树脂基模料相比，在压射温度范围 (膏状或糊状区)中蜡基棋料的线收缩率变化更为严重。同样，随着压型温度升高，蜡模的线收缩率也在增加，见图 1-2。另外，两者也会影响蜡模表面粗糙度。特别是使用较小压力压制石蜡硬脂酸蜡模时，压射温度和压型温度对表面粗糙度和尺寸变化更加明显。压射蜡温和压型温度高，蜡模表面粗糙度较小、收缩较大；反之，温度低，蜡模表面粗糙度较大，收缩较小，需严格控制压射蜡温和压型温度，保证它们在合适的范围内。图 1-1 压射蜡温对蜡模线收缩率的影响 图 1-2 压型温度对蜡模线收缩率的影响 (2)压射压力为压制出尺寸精确、表面质量好的蜡模，压射压力是个重要的制模工艺参数。所需压射压力大小由模料性能、注蜡温度和熔模结构等因素而定。粘度较大的模料流动性差，就需较高的压射压力；蜡模越复条越大所需的压射压力就越高。另外，模料的收缩与压射压力有关，压射压力愈大，线收缩率就愈小，见图 1-3。适当提高模料的压射压力，有利于减小熔模收缩率，提高蜡模尺寸精度，但是也不能一味地提高压射压力，那样对压型的强度和精度要求也高，还第一章 熔模的制造5容易造成易溶芯的断裂。一般压射压力在 2-4 个大气压为宜。图 1-3 压注压力对蜡模线收缩率的影响(3)保压时间和起模时间模料充满压型型腔后，保压的时间愈长，则蜡模的线收缩率愈小，对厚壁蜡模的影响更明显，见图 1-4。蜡模在压型中停留冷却的时间称起模时间。保压时间过短，蜡模厚壁及平面处易出现缩陷和收缩过大，取模时间过短，蜡模易变形，表面会出现“鼓泡” 。保压时间和起模时间的长短取决压射蜡温、蜡模大小、壁厚以及冷却条件等，不同铸件应分别加以选择。图 1-4 保压时间对蜡模线收缩率的影响为了缩短取模时间提高生产率，可对压型进行强制水冷，并将取出的蜡模放在冷却水中定型。防止蜡模厚壁缩陷和提高生产率，还可以在厚壁部位预先放置冷蜡块。除了注意合理选择以上工艺参数外，还应注意已经取出的蜡模的存放，取出的蜡模在 8-24 小时之后才能稳定下来，所以，取出的蜡模应该放在恒温室内，并注意平放防止变形。特殊情况下，可以将蜡模放入校正模中以便保证尺寸的稳定。淮安信息职业技术学院毕业设计论文6表 1-3 石蜡硬脂酸制模工艺参数模料制模设备压射蜡温/压射压力/MPa压射温度/保压时间/s起模时间/s脱模剂石蜡硬脂酸气动压蜡机45-480.2-0.418-253-1020 以上松节油1.4 模块的制造1.4.11.4.1 浇口棒制作浇口棒制作浇口棒的制作方法有自由浇注法、蘸蜡法和压注法。各种方法各有其优缺点，可根据生产情况加以选择，本设计采用自由浇注工艺。表 1-4 为各种制棒方法的比较。表 1-4 浇口棒制作方法名称工艺优缺点自由浇自由浇注注将 70模料浇口棒模具中，当蜡液快凝固时插入芯棒，可采用水冷却以提高效率所制浇口棒强度高，但表面质量部很好，浇口棒表面易产生缩陷，脱蜡时膨胀较大压注法与制蜡模一样将模料压入专用压型中成型生产效率高，表面光洁，可制造形状复杂的浇注系统，但装备较复杂蘸蜡法将冷芯棒（铝棒）插入高于熔点5左右的蜡液中停留 1-2 秒，蘸多次使棒上蜡层厚度达 3-5 毫米即可浇口棒强度较高，操作简便，不需要浇口棒模具，生产效率较高。但所制浇口棒在环境温度低时易分层、开裂、剥落1.4.21.4.2 压蜡设备压蜡设备本设计的压蜡设备采用气动压蜡设备，见图 1-5。 (a)压蜡机 (b)压蜡枪图 1-5 气动压蜡机气动压蜡机是以压缩空气为动力，直接用压缩空气将模料从射蜡嘴挤出，注人压型型腔，常用的压力为 0.2-0.6MPa，其优点是压注结构简单，价格低廉，生产效率高，使用方便。缺点是压力偏低，主要压注参数要靠人工控制。这种压蜡机可以单独使用，也可以附设旋转工作台，供数名工人同时操作以提高生产效率。这类压蜡机主要用于石蜡硬脂酸模料的民用产品。第一章 熔模的制造71.4.31.4.3 模块的组装模块的组装根据工艺设计的要求，将经整修检验合格的铸件蜡模和浇注棒组合成整体模块，称为模块组装。浇注系统应保证铸件成型，并不产生缩孔、缩松、气孔、冷隔、热裂、变形等缺陷，方便制壳，提高工艺出品率等。常用的浇注系统有直浇道一内浇道式、横浇道一内浇道式、冒口顶注式和组合式等。浇注系统对铸件质量和成品率有很大的影响，应认真进行设计。模块组装方法有焊接法、粘结法和机械组装法，前两种方法虽劳动强度较大、效率较低，但简便决活、适应性强、使用较广泛，本设计采用焊接法。焊接法广泛采用电热刀，其结构如图 1-6，表 1-5 为低压电热刀种类及电器参数。1、2-手柄 3-按钮 4-支柱 5-不锈钢刀片 6-螺钉 7-石棉板 8-塑料管 9-导线图 1-6 低压电热刀结构表 1-5 低压电热刀种类及电器参数结构电气参数序号刀片材料电热刀截图（长/mm）(宽/mm)其它输入电压/V输出电压/V频率/Hz输出电流/A1镍铬电炉带钢51220/38036502耐热钢33220105031Cr18Ni9Ti50.5布纹胶木板手柄，与刀片用销钉固定，螺钉连接220/3801.21.55040(满载)淮安信息职业技术学院毕业设计论文81.4.41.4.4 模块的清洗模块的清洗为了清除蜡模表面附着的分型剂、蜡屑等，提高涂料对模块的涂抹性(湿润性)，在模块组合后需进行清洗，清洗方法见表 1-6。常用的清洗剂多为有机溶剂，但有机溶剂三氯乙烷、酒精、丁酮等易挥发，挥发物会污染环境。另外，有机溶剂对熔模也是一种刻蚀液，容易造成熔模表面文字、细纹不清晰。现国内外已研制出乳化水清洗剂，是较环保的模块清洗剂，完全环保的清洗剂近年来也在开发中。清洗的模块必须晾干后才能上涂料。表 1-6 蜡模的清洗方法方法清洗剂清洗工艺应用范围第一种0.5%（质量分数）洗净剂（如 JFC）水溶液或中性肥皂或用其它洗净用品代替将模块在清洗剂中反复上下运动数次蜡基模料第二种质量分数 70%三氯乙烷+30%工业乙醇或丁酮将模块在 2225清洗剂中上下运动 34s第三种ZF301 等清洗剂加 1倍水混匀用将模块在 2225 清洗剂中上下运动 8s树脂基模料第二章 型壳的制造9第二章第二章 型壳的制造型壳的制造铸件的尺寸精度、表面粗糙度，甚至内在质量都与型壳有密切的关系。因此，在熔模铸造生产中应十分重视型壳制造这一环节。2.1 型壳概述熔模铸造有实体型壳和多层型壳两种铸型，除石膏型采用实体铸型外，一般都用多层型壳，见图 2-1型壳是由粘结剂、耐火粉料和撤砂材料等，经配涂料、浸涂料、撒砂、干燥硬化、脱蜡和焙烧等工序制成的。从宏观上看，型壳除硅凝胶、耐火粉、砂这些固相外，还存在着气孔和裂隙，它是一种多相的非均质体系。该体系受到制壳材料和工艺等多种因素的影响，并最终会在显微结构和性能上反映出来。由粘结剂和耐火粉料配成的涂料构成型壳的基础。涂料又分为表面层和加固层(背后)两种。面层涂料与金属液接触，为保证铸件表面质量，它应形成平整、致密、坚实而光滑的型壳表面，并不与金属液发生作用。背层涂料用来加厚、加固型壳，具有良好的综合性能，但只有涂料还不能形成型壳，还需要撒砂作为骨料，增厚和加强型壳。撤砂可吸附涂料使之停止流动，防止涂料大片流失，撒砂还可以防止干燥硬化时，涂料层发生大面积收缩而形成较大的裂纹，另外，撤砂会造成粗糙的型壳背面，有利于上、下两层型壳结合，并有利于提高型壳的透气性。经上涂料、撤砂和干燥硬化等工序制成的型壳，其中硅凝胶可看成是一种连续相，它覆盖并粘附在非连续的粉和砂周围，使之形成一定形状和结构强度。但型壳中常存在一些气孔和裂隙，气孔来自于涂料中的气泡、型壳中挥发物留下的气孔和砂粒间或砂粒与涂料间的气孔。裂隙则是由硅凝胶干燥、硬化和焙烧时形成的，或砂粒与涂料间以及涂料层间产生的裂纹。气孔和裂纹的分布是不均匀和不规律的，它们在一定程度上破坏了型壳的致密性和连续性，影响了型壳的性能。从微观上看，型壳有多种化学成分及矿物组成，它们在高温下主要形成晶相和非晶相两种物相。晶相可呈网络状或孤岛状分布于非晶相的玻璃相中。型壳的高温力学性能主要决定于晶相存在状态和发育程度，以及玻璃相的数量、粘度及粘度随温度的变化等因素。玻璃相对型壳的脱壳性也有很大影响。型壳的组成与耐火制品和陶瓷有相似之处，但型壳焙烧温度不高、保温时间不长，浇注温度虽高、作用时间很短，所以型壳的烧结程度达不到陶瓷和耐火制品那样，故高温下物相反应不完全，晶相发育程度也有限，不可能与相平衡图中的平衡组织相同，与陶瓷和耐火制品是有区别的。总之，型壳从宏观到微观都是一种多相非均质体系，研究其结构是为了深入了解型壳性能变化的规律从而有助于分析和控制制壳材料与丁艺，以制出优质型壳。2.2 制壳用耐火材料耐火材料占型壳重量的 90以上，对型壳性能影响很大。按用途耐火材料可分成涂料浆使用的粉状料及作为增强型壳的撤砂材料，以及制造陶瓷型芯的粉状料三种。熔模铸造用制壳耐火材料应有足够的耐火度、小而均匀的热膨胀系数、好的热化学稳定性、合适的粒度、价廉无毒等。国内外作为面层制壳材料的有：锆砂、电熔刚玉、熔融石英等，作为加固层的有铝硅系耐火材料如高岭土熟料、铝矾土或熔融石英等。本设计主要采用石英砂和石英粉。 石英砂是二氧化硅在自然界存在的一种形态，有天然和人造的两种，熔模铸淮安信息职业技术学院毕业设计论文10造采用的是人造石英砂。石英砂晶体的基本单元为硅氧四面体。由于硅氧四面体在空间连接形式有差异，出现了一系列同质多晶变体，共有三种晶型如图 2-2 所示，七种多晶变体见表 21。（a）整体型壳（b）分层型壳图 2-1 不同结构的型壳 （a） 方石英（b） 磷石英（c） 石英图 2-2 三种晶型硅氧四面体的结合方式表 2-1 SiO2各种变体的有关性质晶体晶系存在温度范围/密度/(g/cm3)线膨胀系数01000（1/） 石英三方5732.6512.310-6第二章 型壳的制造11 石英六方5738702.52 鳞石英斜方1172.3121.010-6 鳞石英六方1171632.29 鳞石英六方16314702.23 方石英斜方280270（温度界限跟随方石英生成温度而改变）2.3410.310-6 方石英立方180270 以上至 17132.23在普通条件下的不稳定状态可保存一定时间。在 180270之间到 1470处于不稳定状态下，低于 10001200可以保存一定时间。 石英、鳞石英和方石英向种晶型中 、之间的转变仅发生原子的位移及键角转动，所需活化能小，在一定温度下可迅速完成，这种转变是很难抑制的。但三种不同晶型间的变化将发生键的断裂和原子的重新组合，需活化能较大，相变速度也很慢，即使达到相变温度，若无矿化剂时，要完全实现转变是不可能的。硅砂在高温下呈酸性，熔化温度为 1713，当含有杂质时熔点降低。由于相变加热时线膨胀系数大而不均匀，因此硅砂不是一种优质的制壳耐火材料。但因其价廉，在国内仍应用较多。GB/T22141990(表 2-2)规定了熔模铸造用硅砂、粉的化学成分、耐火度和粒度。硅砂、粉的化学成分关系着其耐火度及热化学稳定计，即关系着铸件是否成型和粘砂等，所以必须加以规定。而砂（表 2-3） 、粉（表 2-4）的粒度则影响着所制型壳性能，粉的粒度关系着涂料的粉液比，从而影响型壳涂层的致密度和强度，砂粒度则影响整个则壳的致密度与强度，从而影响铸件表面质量和尺寸精度。表 2-2 熔模铸造用硅砂、粉的化学成分及耐火度化学成分（质量分数，%）有害杂质含量级别SiO2K2O+Na2OCaO+MgOFe2O3耐火度/外观98981.00.11700洁白97971.50.2165096962.00.31650个别砂粒有锈斑表 2-3 熔模铸造用硅砂粒度主要粒度组成部分/mm筛号前筛主筛后筛851.7000.8500.600600.8500.6000.425300.4250.3000.212210.3000.2120.150 注：主要粒度组成部分系指相邻三筛残留量之和为最大值表 2-4 熔模铸造用硅石粉粒度淮安信息职业技术学院毕业设计论文12特性参数分组代号质量平均粒径/um100g 粉总表面积/m2品质均方差2825303330351525172.3 水玻璃制壳工艺水玻璃粘结剂价格低廉，所配涂料性能稳定，制壳用时短，而且水玻璃型壳使用较广泛。但是水玻璃型壳所形成的铸件尺寸精度低、粗糙度较大，故只适用于精度要求较低的熔模铸件小件。2.3.12.3.1 水玻璃水玻璃水玻璃是可溶性碱金属的硅酸盐，固态呈玻璃状，溶于水后形成水玻璃溶液。按碱金属含量不同，有钾水玻璃和钠水玻璃两类，后者易溶于水，杂质含量较少、性能稳定，故熔模铸造用水玻璃是钠水玻璃。钠水玻璃按制备所用原材料又分为纯碱(碳酸钠)水玻璃和芒硝(硫酸钠)水玻璃两种。这两种水玻璃在熔模铸造都有应用，但以纯碱水坡璃应用更广，表2-5 为国家标准 GB/T 42091996工业硅酸钠技术要求。熔模铸造可用其液-1、液-2、液-3 类水玻璃，但使用液-3 类水玻璃时需进行提高模数处理，从而增加生产工序和成本，同时处理过的水玻璃稳定性较差。因此，工厂一般都直接采用液-1、液-2 类水玻璃。水玻璃常为青灰色的粘滞性溶液，呈阳性，PH 值为 1113，冰点为-2 到-14 摄氏度，低温时会冻结，重溶后性质不变。表 2-5 工业硅酸钠技术指标液-1液-2 型号级别指标优等品一等品合格品优等品一等品合格品（Fe）/%()0.020.05-0.020.05-(水不溶物)/%()0.200.040.500.200.400.50密度（20）/g.cm-31.3181.3421.3681.394(Na2O)/%7.08.2(SiO2)()24.626.9模数 M3.53.73.13.4 液-3 液-4 液-5优等品一等品合格品优等品一等品合格品优等品一等品合格品0.020.05-0.020.05-0.020.05-0.200.600.800.200.400.500.200.801.001.4361.4651.3681.3941.5261.59910.29.512.825.722.12922.62.92.2252.22.5第二章 型壳的制造132.3.22.3.2 水玻璃涂料水玻璃涂料 水玻璃涂料是一种非均匀、介稳定的悬浮体，从制壳操作和型壳、铸件质量等方面考虑，涂料应保证型壳有良好的工作性能，即强度、透气性、热化学稳定性、脱壳性等，同时要有良好的工艺性即涂挂性、流动性、分散稳定性等。 水玻璃徐料有两种：面层涂料、背层涂料。面层涂料将直接与金属液接触，它形成的型壳层应平整、致密、坚实而光洁，并不与金属液及其氧化物发生反应，以保证铸件的表面质量。背层涂料不接触金属液，但它将决定型壳的强度和抗变形能力等综合力学性能。面层涂料一般由水玻璃、耐火材料、润湿剂和消泡剂组成。因面层涂料是涂挂在蜡模块上的，常用蜡基模料具有憎水性，为使水基水玻璃涂料能很好地涂覆，必须加入润湿剂以改善涂料的涂挂性 但润湿剂常常见有发泡性，使涂料含气泡，所以又必须加入消泡剂除气。而背层涂料一般由水玻璃和耐火材料组成。 高模数水玻璃中的二氧化硅含量相对较高，胶体粒子所占比例大，型壳湿强度形成快、抗水性好，故热水脱蜡时强度损失少。因此，生产中一般使用模数大于 3.0 的高模数水玻璃。模数过高时，水玻璃粘度大，会使涂料粉液比和涂料稳定性降低、易老化，从而使型壳表面致密性差、强度下降，所以水玻璃模数不是愈高愈好，以 3.0-3.4 为佳。生产中面层和背层涂料应选用不同密度的水玻璃。面层选密度为 1.25-1.28g/cm3 的水玻璃，以降低其粘度、提高粉液比，使型壳表面致密，同时减少胶凝收缩，加快硬化速度。背层则选用密度为 1.30-1.33g/cm3 的水玻璃，最高密度不宜超过 1.34g/cm3 以防止硬化不完全。工厂应直接购买模数合适的水玻璃使用，但市售水玻璃密度较高，使用前需加水稀释至合适密度，表 2-6 为水玻璃密度调整时的加水量，表 2-7 为面层及背层涂料的配方。表 2-6 每千克水玻璃密度调整所需加水量（mL）调整后密度/（g/cm3）调整前密度/(g/cm3)1.261.271.281.291.301.311.321.321341.321751401087850241.332021671341047549231.342301931601291007247231.35256219185153125966945221.362832452101771471199269431.3730927023520117014111488641.38334295259225193164136110851.393603192812482161861571311061.403843433062712382071791521261.41409368329293260229199172146淮安信息职业技术学院毕业设计论文141.424333913523162822502201921661.434574143753383032712402121851.444804373973593242912602312041.45504460419380345311280251223表 2-7 水玻璃涂料配方水玻璃组成涂料种类模数/M密度/(g/cm3)耐火粉料粉液比表面润湿剂 JFC 加入量（质量分数，%）消泡剂加入量（质量分数，%）面层33.41.251.28270号320号精白硅石粉1.11.30.1030.050.1背层33.41.301.33270 号硅石粉2/3，200号耐火黏土 1/31.11.20.1200 号270 号铝矾土200号270号煤矸石背层33.41.301.33200号270目匣钵粉1.11.50.1 用 AlCl3.6H3O 硬化时，背层涂料中可加 JFC，占水玻璃黏结剂质量的百分数。 占水玻璃黏结剂质量的分数2.4 水玻璃制壳工艺 水玻璃是多种化合物的混合物， 、为使化合物中的二氧化硅形成胶体起到粘结作用，制壳过程中需经化学反应才能达到目的。其制壳工艺程相比硅溶胶型壳复杂，每制一层需经过上涂料、撒砂、空干、硬化和晾干五个步骤，硬化是制壳工序中重要的一环。图 2-3 是整个水玻璃型制壳工艺流程。第二章 型壳的制造15图 2-3 水玻璃型制壳工艺流程 (1)模块脱脂模块在浸涂前要先进行脱脂处理，主要为去除熔模表面的分型剂(油脂类物质)，还可以提高熔模表面对涂料的湿润能力，改善涂料覆盖性，以提高型壳及铸件的表面质量。较常用的脱脂液是浓度(质量分数)为 0.3的表面活性剂水溶液或中性软皂水溶液。 (2)浸涂料和撤砂涂料在使用前须先搅拌均匀，复测流杯粘度及涂片重，并调整至合格范围。然后将模块浸入涂料中上下移动和转动，提起后滴去多余涂料，使涂料均匀地覆盖在模块表面。不能存在涂料局部堆积或缺涂涂料，若模块有深孔、沟槽和凹角等结构，则应用压缩空气进行喷吹涂料，必要时也可用毛笔涂刷以去除气泡。撒砂是用来固定涂料，使型壳具有足够的常温和高温强度，提高型壳透气性和退让性，撒砂能防止型壳在硬化时产生裂纹和其它表面缺陷。撤砂粒度从面层到背层逐渐变粗，面层撤砂过粗会击穿涂层损坏熔模，造成铸件表面凹凸不平，但撤砂过细会造成背面过平，不利于上下两层牢固结合，容易造成型壳分层。(3)空干水玻璃涂料粉液比低、涂料中含水多，空干的目的是去除一些水分，减少制壳中的型壳胶凝收缩，使硅凝胶有良好的连续件、致密性，以减少型壳和铸件表面缺陷。另外，水的蒸发和脱水收缩在型壳中留下的微细孔道和裂纹也有助于硬化的进行。自干 2h 以上型壳中的水分可降低 30-60，但一般生产条件下，为缩短制壳周期，除面层型壳外，背层型壳就不再有此工序。 (4)硬化 出于水玻璃是多种化合物形成的混合物，其中的二氧化硅只有 1/4 以溶胶存在，只有通过硬化才能使多种硅酸钠化合物中的二氧化硅以溶胶析山，再通过改变 PH 值使溶胶形成不可逆转的硅凝胶。硬化是水玻璃型壳制壳中重要的环。因硬化剂与涂料的反应存和于一个有限的接口，所以硬化首先在接口上进行，称接口硬化。接着硬化剂便渗透过接口硬化形成的胶膜，由表及里地进行扩散硬化。整个涂料层的硬化过程是由接口硬化与扩散硬化这两个连续的过促所组成的。由于型壳是浸泡在硬化刑溶液中进行硬化的，二者完全接触，所以接口硬化进行得很快，但扩散硬化是硬化剂对型壳渗透与扩散而进行的，所以扩散硬化进行得很缓慢。影响扩散硬化的因素有：硬化剂种类、硬化产物、涂料层的性质及其它工艺因素，见表 2-8。本设计采用常见的氯化氨作为硬化剂，淮安信息职业技术学院毕业设计论文16其工艺参数见表 2-9。表 2-8 常用硬化剂的硬化反应及特点硬化剂硬化反应式特点NH4Cl(氯化铵)Na2O.mSiO2.Nho+2NH4ClMSiO2.(n-1)H2O+2NaCl+2NH3+2H2O硬化剂黏度小，对涂层渗透速度快，化学硬化比较缓和型壳湿强度较高，高温强度较低，型壳残留强度低，脱壳性好。硬化反应产生NH 气体，污染空气并腐蚀机械设备AlCl3.6H2O(结晶氯化铝)3(Na2O.mSiO2.H2O)+2AlCl33mSiO2.(n-1)H2O+2Al(OH)3+6NaCl硬化剂黏度大，对涂层渗透樱花速度慢型壳强度强，硬化反应不产生有害气体Al2(OH)nCl6-n。(聚合氯化铝)Na2O.mSiO2.nH2O+Al2(OH)4Cl2mSiO2.(n-1)H2O+2Al(OH)3+2NaClNa2O.mSiO2.nH2O+Al2(OH)4Cl22mSiO2.(n-1)H2O+2Al(OH)3+4NaCl硬化剂黏度大，对涂层渗透硬化速度慢型壳强度高，硬化反应不产生有害气体MgCl2.6H2O(结晶氯化镁)Na2O.mSiO2.nH2O+MgCl2mSiO2.(n-1)H2O+2NaCl+Mg(OH)2硬化剂黏度大，硬化层薄型壳强度低于氯化铝硬化剂表 2-9 氯化铵硬化剂工艺参数项目层别浓度/（质量分数，%）温度/樱花时间/min干燥时间/min面层222520253103045背层222520253101530 为加速硬化反应，背层硬化剂温度可逐层升高，但最外层温度不应大于 45 (5)晾干晾干即硬化后干燥，其作用是流尽残留的硬化刘，这对徐层间的紧密结合是十分重要的，另一作用是继续扩散硬化。晾干时间的长短同温度、湿度、硬化刘种类、硬化工艺以及熔模结构等团素有关。用氯化铵硬化时，生产经验是以型壳“不白不湿”为晾干的标准，实践证明这个标准是可靠的。2.5 脱蜡与焙烧溶失熔模的过程称脱蜡。因模料的热膨胀系数大于型壳的热膨胀系数，脱蜡慢将造成模料将型壳胀裂，所以，脱蜡的要点是高温快速脱蜡，表 2-10 是常用的脱蜡方法和主要工艺参数。型壳焙烧是熔模铸造的重要工序之一。它能烧去残余蜡料、水分和挥发物，使型壳具有低的发气量和良好的透气性及强度，并可使型壳温度和合金浇注温度差减小，提高合金液的充型能力。不同型壳其强度不同，焙烧的工艺参数也不同，水玻璃型壳焙烧温度为 850-950，用氯化铵硬化的型壳焙烧温度为850，保温时间 0.5-2.0 小时。表 2-10 常用的脱蜡方法和主要工艺参数第二章 型壳的制造17方法热水脱蜡蒸气脱蜡主要工艺参数脱蜡水中应加入 （氯化铵）3%8%或 （结晶氯化铝）4%6%或 （工业盐酸）1%对型壳进行补充硬化，水温控制在9598之间脱蜡时间 1520min,最多不超过 30min 为宜蒸气脱蜡设备及性能见图3-42、表 3-99。蒸气压力0.60.75MP 啊，达到0.6MPa 压力时间小于 14s脱蜡时间 610min应用水玻璃型壳硅溶胶型壳硅酸乙酯型壳淮安信息职业技术学院毕业设计论文18第三章第三章 压型设计与制造压型设计与制造3.1 压型分类及组成3.1.13.1.1 对压型的要求对压型的要求压型是制造熔模的主要工艺装备。对压型有以下要求：（1）保证制出的熔模尺寸精度和表面粗糙度符合要求；（2）压型拆装方便、起模方便、轻巧、耐用；（3）压列加工方便、经济、合理；（4）小件一型多腔以提高熔模生产率。表 3-1 为常见的压型种类，本设计采用机械加工压型。表 3-1 常用压型种类种类特点应用范围机械加工压型1. 材料为钢或铝合金2. 尺寸精度高、性强表面粗糙度低 Ra1.60.4um3. 使用寿命可达 10 万次以上4. 制造周期较长、成本高1. 生产批量大的铸件2. 精度要求高的铸件易熔合金压型1. 材料为宜熔合金，熔点通常不超过 3002. 2.尺寸精度比机械加工压型低，性强表面粗糙度 Ra3.20.8um3. 使用寿命可达几千次以上4. 制造周期短、成本低1. 生产批量较大（几千件）2. 能制造难于机械加工的压型型面3. 新产品试制石膏压型1. 材质为石膏2. 尺寸精度低、型腔表面粗糙度Ra6.31.6um3. 使用寿命短4. 母模可用木模，生产周期短、成本低1. 单件小批量生产2. 精度要求低的铸件3. 用于工艺品3.1.23.1.2 压型组成压型组成压型主要由型体、型芯、定位组件、锁紧机构、抽芯机构、起模机构等组成。图 3-1 是手工压蜡的压型结构图，该壳体压刑的型体由底座 14、右半型1、左半型 3 和盖板 8 四块组成，铸件内腔由型芯 2 形成，压型四块间用定位销7、12 定位，整个压型由回转螺栓 5、蝶形螺母 4 锁紧，型芯 2 用偏心轴 13 抽芯。本设计就采用手工压蜡法。第三章 压型的设计与制造19图 3-1 手工压蜡压型3.1.3 压型结构压型结构表 3-2 为常见机械压型机构表 3-2 常见机械压型机构类型图例类型图例水平二开型旋转三开型迭型三开型滑动三开型淮安信息职业技术学院毕业设计论文20上下左右四开型多块组合型3.2 型体设计3.2.13.2.1 型体外形及壁厚型体外形及壁厚型体外形尺寸应与压蜡机相配套，一般手工多头压蜡机对外形尺寸没有什么限制，为了减轻压型重量，在保证压型强度的条件下，压型壁厚应尽量薄，表 3-3 为压型壁厚参考尺寸。表 3-3 型体壁厚参考尺寸形体材料b钢10201525铝合金152520303.2.2 型体定位型体定位型体定位方式见表 3-4。表 3-4 型体定位方式定位方式图例使用场合定位销定位（a）适用于两半对开型（b）适用于易磨损材料两半开型（c）适用于底座与对半两开型第三章 压型的设计与制造21转轴定位适用于球状、圆形等旋转分型的压型凸台定位（a）适合于三开型（b）适合于两半开型复合定位适合于叶轮或其它等圆心角的压型3.3.33.3.3 型体锁紧型体锁紧型体锁紧机构种类很多，表 3-5 为常用型体锁紧机构，其中活节螺栓应用比较广泛。表 3-6 是与活节螺栓相搭配的凸耳尺寸。表 3-5 常用型体锁紧机构类型图例类型图例活节螺栓螺钉夹淮安信息职业技术学院毕业设计论文22摩擦夹螺栓套夹偏心手柄夹表 3-6 与活节螺栓相匹配的凸耳尺寸活节螺栓直径 dd1(H7)brcLL1HH1M650+0.01283221691410M860+0.0121042518101812M1080+0.011252822112215第三章 压型的设计与制造235M12100+0.01514630241224153.3.4 型体其它结构型体其它结构 型体其它结构见表 3-7。表 3-7 型芯其它机构名称图例说明开型槽开型槽是为了便于开型设置的小槽，人工开型可借助撬杠开型。当上下型之间有明显的凸耳凸起时则无须设置注蜡口（a） （b） （c）(d)图为注蜡口的几种形式。注蜡口最好设置在内浇道或有加工余量的便面上，尺寸应与压蜡机的射嘴相配3.33.3 型芯设计型芯设计表 3-8 为型芯的种类，型芯在压型中必须有准确的位置，在压蜡过程中不得移位，表 3-9 为型芯常见的定位方式，表 3-10 为常见的抽芯机构，表 3-11为常见的起模机构，表 3-12 为压型排气方式。表 3-8 型芯种类种类使用情况设计要点金属型芯一般用于形成熔模简单的通孔或不通孔型芯应放收缩率对于悬臂型芯芯头的长度可用下式计算Lb/a式中L-型芯定位长度b-型芯定位段最大配合间隙l-型芯长度a-熔模内孔允许偏差淮安信息职业技术学院毕业设计论文24水溶性型芯用金属型芯难于形成的复杂内孔，内孔精度和表面粗糙度要求不高型芯模具设计时，芯头定位与压型相匹配，配合公差一般为0.050.10mm用尿素作型芯材料时不放收缩率，用芯时可取 0.3%0.5%的收缩率陶瓷型芯形状复杂的发动机叶片异形内孔或用上涂料方法难以形成的其它细芯内孔根据铸件内孔形状设计型芯图设计型芯模具采用收缩率依据型芯材质而定，一般取 0.3%0.8%型芯头尽可能设计成规则形状便于定位石英玻璃管型芯一般用来形成气冷叶片中的细孔，最小直径为0.5mm在压型上必须准确地设计出石英玻璃管的定位孔座，单排孔可直接在压型或活块上设计定位孔；多排孔则必须利用尿素先制成整块芯头，然后放入压型中为防止玻璃管损坏，模料应沿着管壁缓慢进入型腔。采用刚性芯头定位块时，可在一面衬放海绵垫石英玻璃管型芯安装配合总间隙可保持在 0.020.10mm表 3-9 常见型芯定位形式型芯类型图例说明金属型芯插销制造简单，操作方便，应用广，压块适用于圆形型芯水溶型芯尿素型芯头与型芯座配合间隙一般为0.050.1mm芯安装配合间隙一般为0.020.05mm第三章 压型的设计与制造25陶瓷型芯陶瓷型芯安装配合间隙一般为 0.050.1mm，型芯定位长度一般两端各为 610mm表 3-10 常见抽芯机构类型图例类型图例手柄抽芯杠杆抽芯漏范本抽芯偏心轴抽芯 表 3-11 常见起模机构类型图例类型图例顶杆起模偏心轴取模淮安信息职业技术学院毕业设计论文26顶管起模螺旋顶杆取模表 3-12 压型排气方式排气方式图例排气方式图例分型面间隙排气型芯间隙排气顶杆间隙排气排气塞排气排气槽排气排气孔排气透气针排气气孔排气第三章 压型的设计与制造273.43.4 压型腔工作图压型腔工作图3.4.1 型腔工作尺寸的计算型腔工作尺寸的计算 压型行腔尺寸与铸件尺寸、综合收缩率（模料的收缩、型壳的膨胀、合金的收缩） 、铸件结构等有关。型腔尺寸常用下面公式计算，试制时需要修正。表3-13 是几种情况下型腔尺寸计算。 aaalL21121式中: 型腔尺寸（mm）L 铸件基本尺寸（mm）l 铸件公差（mm） 综合收缩率（包括：模料收缩、壳型膨胀、合金收 缩） ； 压型制造公差。a表 3-13 型腔尺寸计算序号铸件公差类型计算公式图解1aaalL211212aaalL211淮安信息职业技术学院毕业设计论文283aaalL211214aaalL211213.4.2 压型的尺寸精度和表面粗糙度压型的尺寸精度和表面粗糙度 压型型腔的尺寸精度和表面粗糙度应视铸件的精度要求而定。铸件精度越高，则压型型腔的尺寸精度越高、表面粗糙度数值越低。一般压型型腔的制造公差为铸件公差的 1/81/4；型腔表面粗糙度比铸件低 24 级。表 3-14、表3-15 分别为压型各部位的加工尺寸精度和表面粗糙度。表 3-14 压型加工精度压型部位尺寸精度型腔及型芯的成型部位IT6IT10活块、镶块、顶杆等的配合部位IT6IT9不影响铸件尺寸的自由尺寸IT12IT14表 3-15 压型各部位的表面粗糙度压型部位表面粗糙度 Ra/um型腔表面0.20.8芯销、活块、镶块的配合面、定位面0.83.2分型面0.81.6浇注系统表面1.66.3非工作部分表面6.312.53.4.3 组合件的配合组合件的配合压型组合件的配合见表 3-16，压型常用材料见表 3-17。表 3-16 压型常见组合件的配合组合件配合图例组合件配合图例第三章 压型的设计与制造29顶模块与型体定位销与型体型体与型芯活块复位杆与型体芯销与型芯、型体或活块稳定销与连接件销轴与型体型体与镶块顶杆与型体销套与型体表 3-17 常用压型材料零件名称材料热处理锻铝 2A50、2A80